topik 1 fisika radiasi

7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi

1/17

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Penggunaan radiasi dalam dunia medis terutama dalam bidang kedokteran

gigi, semakin luas, namun, satu sisi juga berpotensi membahayakan. Pemahaman

mengenai dasar-dasar ilmu fisika radiologi dibutuhkan untuk mempelajari

mengenai hal-hal yang berhubungan dengan radiasi.

Radiasi adalah suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi

atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel. Istilah

radiasi tentunya berubungan erat dengan radiologi. Radiologi adalah cabang ilmu

kedokteran yang menggunakan energi pengion dan bentuk-bentuk energi lainnya

(non pengion) dalam bidang diagnostik dan terapi, yang meliputi energi pengion

yang dihasilkan oleh generator atau bahan radioaktif seperti sinar-X, sinar gamma,

pancaran partikel pengion (elektron, neutron, positron dan proton). nergi bukan

pengion (non pengion) seperti ! gelombang ultrasonik, gelombang infra merah,

gelombang magnetik dan gelombang mikro. Pada pembahasan fisika radiologi

kali ini, kita anakan mmpelajari mengenai "inar-X.

1.2 Rumusan Masalah

#erikut beberapa rumusan masalah yang dipelajari mengenai fisika radiasi,

yakni !

a) $pa yang dimaksud dengan radiasi%

b) $pa itu sinar-X%

c) $pa saja yang berupa dasar fisika radiasi%

d) #agaimanakah struktur atom%

e) #agaimana mekanisme pergerakan atom yang menjadi dasar

pembentukan sinar%

f) $pa sajakah macam-macam sinar beserta sifatnya%

g) #agaimana mekanisme pembentukan sinar-X%

1.3 Tujuan Penulsan

1


2/17

&ujuan dari penulisan makalah mengenai fisika radiasi ini adalah untuk

dapat memahami dasar fisika radiasi dan memenuhi tugas mata kuliah Radiologi.

BAB II

I!I

2.1 Ra"as "an !nar#$

Radiasi adalah suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi

atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel. Istilah

radiasi tentunya berubungan erat dengan radiologi. Radiologi adalah cabang ilmu

kedokteran yang menggunakan energi pengion dan bentuk-bentuk energi lainnya

(non pengion) dalam bidang diagnostik dan terapi, yang meliputi energi pengion

yang dihasilkan oleh generator atau bahan radioaktif seperti sinar-X, sinar gamma,

pancaran partikel pengion (elektron, neutron, positron dan proton). nergi bukan

2


3/17

pengion (non pengion) seperti ! gelombang ultrasonic, gelombang infra merah,

gelombang magnetic dan gelombang mikro.

"inar-X dan kemampuan mereka untuk menembus jaringan manusia

ditemukan oleh Roentgen pada tahun '*. +ia menyebut mereka sinar-X karena

sifatnya. "inar-X sebenarnya adalah suatu bentuk energi tinggi radiasi

elektromagnetik dan merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik, yang juga

termasuk lo energi radio aes, teleisi dan cahaya tampak (lihat &abel .')

"inar-X digambarkan terdiri dari gelombang paket energi. "etiap paket yang

disebut foton dan adalah setara dengan satu kuantum energi. X-ray balok, sepertiyang digunakan dalam radiologi diagnostik, adalah terdiri dari jutaan foton

indiidu. /ntuk memahami produksi dan interaksi sinar-X pengetahuan dasar

fisika atom adalah hal penting untuk dipelajari.

2.2 At%m "an Bagan "ar At%m

$tom adalah blok pembangunan dasar dari materi. $tom terdiri dari partikel

asli yang disebut partikel fundamental dan diadakan bersama oleh kekuatan listrik

dan nuklir. $tom terdiri dari inti padat pusat terdiri dari proton dan neutron yang

dikelilingi oleh elektron dalam orbit atau kerang tertentu (lihat 0ambar. .').

3


4/17

1umlah proton ( nomor atom 2 3 ) dalam inti menentukan identitas suatu

elemen. 4asing-masing dari lebih dari '55 unsur memiliki nomor atom spesifik,

angka yang sesuai elektron orbital dalam keadaan dasar, dan kimia yang unik dan

sifat fisik. 6ampir seluruh massa atom terdiri dari proton dan neutron dalam inti.

1umlah proton dan jumlah neutron (7) dalam inti atom adalah massa atom ($).

Isotop adalah atom dengan nomor atom8jumlah proton (3) yang sama tetapi

nomor massa berbeda ($) dan berneda pula nomor neutron (7). Radioisotop

adalah isotop dengan inti tidak stabil yang mengalami disintegrasi radioaktif. 9itur

utama dari partikel atom.

Muatan "an Massa Partkel Pen&usun At%m

Partikel

4uatan 4assa

"atuan :oloumbRelatif terhadap

Proton

"atuan 0ram"atuan $4/

Proton ; ',< = '5-' ;' ',@

7eutron 5 5 ',?='5-? ',55>

4


5/17

lektron -',< = '5-' -' ,''='5- *,?


6/17

kuantum momentum sudut (l) menggambarkan bentuk orbital. "urat-surat s, p, d,

f, g, dan h digunakan untuk menggambarkan bentuk orbital dan sesuai dengan

nilai-nilai momentum sudut dari 5, ', , @, ?, dan *, masing-masing. Crbital s

adalah bola. Crbital s terlebih dahulu diisi setiap elemen. #erikutnya adalah tipe-

p orbital, yang bilobed dan berpusat pada inti. #oron adalah elemen terlebih dulu

mengandung elektron di orbital. #erikutnya adalah d-orbital, yang terdiri dari

empat lobus diatur di sekitar inti atau mereka bilobed dengan sebuah cincin.

"kandium adalah elemen terlebih dulu mengandung elektron di orbital iklan.

#ilangan kuantum magnetik (m) menggambarkan orientasi orbital dalam ruang.

+alam sebuah atom dengan elektron banyak aan elektron dari satu orbital yang

ditumpangkan dengan orang-orbital lainnya. &idak ada atom yang dikenal

memiliki lebih dari tujuh orbital. 6anya dua elektron dapat menempati orbital.

lektron menempati terlebih dahulu orbital yang berenergi rendah (#ilangan

kuantum utama terendah maka momentum sudut terendah). $khirnya, untuk '

elemen pertama, orbital mengisi pertama masing-masing orientasi yang tersedia

(m) satu per satu sehingga berputar mereka berpasangan.

+alam semua atom ada tarikan elektrostatik antara inti bermuatan positif

dan elektron sekitarnya bermuatan negatif di sekitarnya. 1umlah energi yang

dibutuhkan untuk menghilangkan elektron dari orbital yang diberikan harus

melebihi kekuatan tarik-menarik elektrostatik antara elektron dan inti yang disebut

energi ikat elektron-elektron (energi ionisasi) dan spesifik untuk setiap orbital dari

setiap elemen. lektron dalam orbital 's dari elemen tertentu memiliki energi ikat

terbesar karena mereka paling dekat dengan inti. nergi ikat dari elektron dalam

setiap orbital penurunan besar secara berurutan. /ntuk sebuah elektron untuk

berpindah dari orbital khusus ke orbital lain yang jauh dari inti, energi harus

diberikan dalam jumlah yang sama dengan perbedaan energi mengikat antara dua

orbital. "ebaliknya, dalam menggerakkan elektron dari orbital luar ke dekat inti,

energi hilang dan menyerah dalam bentuk radiasi elektromagnetik.

6


7/17

I%nsas

Aetika jumlah elektron dalam atom sama dengan jumlah proton dalam inti,

atom bermuatan netral. 1ika seperti sebuah atom kehilangan elektron, inti menjadi

ion positif dan elektron bebas ion negatif. Proses membentuk pasangan ion

disebut ionisasi. /ntuk mengionisasi atom memerlukan energi yang cukup untukmengatasi gaya elektrostatik yang mengikat elektron ke inti. nergi ikat elektron

terkait dengan nomor atom atom dan jenis orbital. 7omor atom yang besar (3

tinggi) memiliki proton lebih dalam inti dan mengikat elektron dalam setiap

orbital lebih erat daripada elemen dengan 3 kecil. +alam suatu atom, elektron di

orbital dalam terikat lebih kuat daripada orbital luar lebih jauh. lektron terikat

erat memerlukan energi sinar-= atau partikel berenergi tinggi untuk

menghapusnya, sedangkan elektron terikat longgar dapat digantikan oleh radiasi

ultraiolet. 7amun, radiasi nonionisasi, seperti cahaya tampak, inframerah, dan

radiasi gelombang mikro, dan gelombang radio tidak memiliki energi yang cukup

untuk memindahkan elektron terikat dari orbital mereka.

2.3 Mekansme Pergerakan At%m &ang Menja" Dasar Pem(entukan !nar

7


8/17

lektron berkecepatan tinggi membombardir target (0ambar .@) yang

terlibat dalam dua jenis utama tabrakan dengan atom tungsten!

F &abrakan penghasil Panas (6eat-producing collisions)

F X-ray yang memproduksi tabrakan. (X-ray-producing collisions)

a. Ta(rakan Penghasl Panas )Heat#Pr%"u*ng +%lls%ns,

'. elektron yang masuk dibelokkan oleh aan tungsten elektron kulit terluar,

dengan kecil kehilangan energi, dalam bentuk panas (0ambar .?$).

. Para bertabrakan elektron masuk dengan luar shell tungsten elektron

menggusur itu bahkan shell lebih perifer (eksitasi) atau menggusur itu dari

atom (ionisasi), lagi dengan kerugian kecil energi dalam bentuk panas

(0ambar .?#).

(. $#Ra& -ang Memr%"uks Ta(rakan

'. lektron yang masuk menembus kulit luar elektron dan leat dekat inti

atom tungsten. Gang masuk elektron dramatis melambat dan dibelokkan

oleh inti dengan kerugian besar energi yang dipancarkan dalam bentuk

sinar-X (0ambar .*$).

. Para bertabrakan elektron masuk dengan kelopak tungsten elektron

menggusur ke sebuah kulit terluar (eksitasi) atau menggusur itu dari atom

(ionisasi), dengan kerugian besar energi dan emisi berikutnya dari sinar-X

(0ambar ,*#).

8


9/17

2./ Ber(aga Ma*am !nar (eserta !0atn&a

a. !nar# )Al0a,

"inar H tidak lain adalah inti atom helium (6e?). Partikel yang terdiri

dari ? buah nukleon i.e proton dan netron, bermassa ? sma. "ifat-

sifat!

'. Partikel alfa tidak mengalami pembelokan karena massa partikel

alfa lebih besar dari massa elektron

. +aya tembus di udara ? cm, tidak tembus kertas

@. +apat menghitamkam film. 1ejak partikel dalam bahan radioaktif

berupa sinar lurus.

?. Radiasi sinar mempunyai daya tembus terlemah dibandingkan

dengan sinar dan sinar

*. Radiasi sinar ini mempunyai daya ionisasi paling kuat


10/17

4erupakan partikel yang dilepas atau terbentuk pada suatu nukleon inti,

dapat berupa elektron bermuatan negatif (negatron),elektron bermuatan

positif (positron) atau elektron cupture (penangkapan elektron).

'. "inar tidak lain ialah partikel elektron

. Radiasi sinar mempunyai daya tembus lebih besar dari pada H

tetapi lebih kecil dari pada (+aya tembus '55 X partikel alfa)

@. 4enyebabkan atom yang dileati terionisasi

?. "inar dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet

*. Aecepatan partikel berharga antara 5,@ c dan 5,> c

. 1ejak yang berbelok-belok disebabkan hamburan yang dialami oleh

elektron di dalam atom

*. !nar# ) amma,

4erupakan hasil disintegrasi inti atom yang memancarkan sinar alfa dan

terbentuk inti baru dengan tingkat energi agak tinggi, kemudian transisi

ke tingkat energi yang lebih rendah dengan memancar sinar gamma.

'. 4empunyai daya tembus paling besar

. &idak dibelokkan di dalam medan magnetik

@. "inar- memerlukan radiasi elektromagnetik dengan panjang

gelombang lebih pendek

?. 9oton- tidak banyak berinteraksi dengan atom suatu bahan dalam

interaksinya

2.4 Mekansme Pem(entukan !nar#$

"inar-X dihasilkan ketika energi elektron kecepatan tinggi membombardir

bahan target dan dibaa tiba-tiba untuk beristirahat. 6al ini terjadi

dieakuasi di dalam amplop kaca kecil yang disebut tabung "inar-X. (lihat

0ambar. .).

10


11/17

Fitur utama dan persyaratan dari suatu Tabung Sinar-X

Katoda (negatif) terdiri filamen tungsten yang dipanaskan, yang

menyediakan sumber elektron.

Anoda (positif) terdiri dari target (sepotong kecil tungsten) yang di atur

menjadi ajah siku blok tembaga (copper block) besar untuk

memungkinkan pembuangan panas yang efisien.

Perangkat fokus (focusing device) bertujuan mengalirkan elektron difocal

spotpada target. "ebuah tegangan tinggi (kilooltage, kJ) yang terhubung antara katoda

dan anoda mempercepat elektron dari filamen negatif ke target positif. Ini

kadang-kadang disebut sebagai kJp atau puncak kilooltage

"ebuah arus (milliamperage, m$) mengalir dari katoda ke anoda. Ini

adalah ukuran dari jumlah elektron yang dipercepat.

"ebuah lead casing di sekitarnya yang menyerap "inar-X yang tidak

diinginkan sebagai tindakan proteksi radiasi sejak "inar-X dipancarkan ke

segala arah. 4inyak (oil)disekitarnya, memfasilitasi pembuangan panas.

Pertimbangan praktis

Produksi sinar-X dapat diringkas sebagai urutan kejadian berikut!

' 9ilamen dipanaskan secara elektrik dan aan elektron terbentuk sekitar di

sekitar filamen.

11


12/17

&egangan tinggi (beda potensial) menyebrangi tabung mempercepat

elektron pada kecepatan sangat tinggi menuju anoda

@ Perangkat fokus (focusing device) membidik aliran elektron di tempat

fokus (focal spot) pada target.

? lektron membombardir target dan dibaa tiba-tiba untuk beristirahat.

* nergi yang hilang oleh elektron ditransfer menjadi panas (sekitar K)

atau sinar-X ("ekitar 'K).

< Panas yang dihasilkan akan dihapus dan hilang oleh blok tembaga (copper

block) dan minyak sekitarnya.

> "inar-X yang dipancarkan ke segala arah dari target, dan dipancarkan

melalui jendela kecil di dalam lead casing membuat berkas cahaya(beam) yang digunakan untuk tujuan diagnostik.

Interaksi Atomik

+alam penghasilan sinar-X, proses elektron berkecepatan tinggi

membombardir target (0ambar .@) yang terlibat dalam dua jenis utama tabrakan

dengan atom tungsten!

F &abrakan penghasil Panas (6eat-producing collisions)

F X-ray yang memproduksi tabrakan. (X-ray-producing collisions)

12


13/17

7amun, dari sumber lain, menyatakan baha ada dua type kejadian yang terjadi

di dalam proses menghasilkan foton sinar-X yaitu, sinar-X #remstrahlung dan

sinar-X karakteristik. +imana interaksi itu terjadi saat elektron proyektil

menumbuk target ( :arlton, ' !'


14/17

Sinar-X Bremstrahlung

Aetika elektron ini cukup dekat dengan inti atom dan inti atom

mempunyai medan energi yang cukup besar untuk ditembus oleh elektron

proyektil, maka medan energi pada inti atom ini akan melambatkan gerak

dari elektron proyektil. 4elambatnya gerak dari elektron proyektil ini akan

mengakibatkan elektron proyektil kehilangan energi dan berubah arah.

nergi yang hilang dari elektron proyektil ini dikenal dengan photon sinar

LX bremstrahlung.

2 !nar#$ 5arakterstk

"inar-X karakteristik terjadi ketika elektron proyektil dengan energi

kinetik yang tinggi berinterkasi dengan elektron dari tiap-tiap kulit atom.

lektron proyektil ini harus mempunyai energi kinetik yang cukup tinggi

untuk melepaskan elektron pada kulit atom tertentu dari orbitnya. "aat

elektron dari kulit atom ini terlepas dari orbitnya maka akan terjadi transisi

dari orbit luar ke orbit yang lebih dalam.

14


15/17

Sinar-X Karakteristik

nergi yang dilepaskan saat terjadi transisi ini dikenal dengan photon

sinar-X karakteristik. nergi photon sinar-X karakteristik ini bergantungpada besarnya energi elektron proyektil yang digunakan untuk melepaskan

elektron dari kulit atom tertentu dan bergantung pada selisih energi ikat

dari elektron transisi dengan energi ikat elektron yang terlepas tersebut.

15


16/17

BAB III

PENUTUP

3.1 5esmulan

Pada kesimpulan bahasan kali ini, dalam mempelajari radiasi, khususnya

sinar-X, penting untuk dipelajari terlebih dahulu dasar fisika radiasi. Pemaparan

terdiri dari mengenai apa yang dimaksud dengan radiasi, apa itu sinar-X, apa saja

yang berupa dasar fisika radiasi, bagaimana struktur atom, bagaimana pergerakan

atom, macam-macam sinar, dan bagaimana pembentukan sinar-X.

.

16


17/17

DA6TAR PU!TA5A

:urry III, &homas. " and 1ames . '5. Christensen's h!sics of "iagnostik

#adiolog!. &e=as.

Mhite ":, Pharoah 41. 55?. $ral radiolog! ! Principles and Interpretation.*th

ed. 7e +elhi ! 4osby.

17

topik 1 fisika radiasi

Documents